发明内容
本申请的目的是提供一种新的适用于核酸纯化的缓冲液及其应用,以及基于该缓冲液的核酸纯化试剂盒。
为了实现上述目的,本申请采用了以下技术方案:
本申请公开了一种用于核酸纯化的缓冲液,包括Tris-HCl、NaCl、NaN3和聚乙二醇;Tris-HCl的终浓度为100mmol/L-1mol/L,NaCl的终浓度为1mol/L-5mol/L,NaN3的终浓度为0.02%w/v-1.00%w/v,聚乙二醇的终浓度为1%v/v-30%v/v。
需要说明的是,本申请的缓冲液主要针对磁珠纯化核酸而研制,现有的Ampure XP磁珠试剂盒是运用比较广泛的磁珠纯化核酸试剂盒,但是,其价格昂贵,拔高了生产和研究成本;为此,本申请经过大量的研究和实践发现,通过对磁珠纯化核酸的缓冲液进行优化,可以提高核酸纯化质量,特别是Tris-HCl、NaCl、NaN3和聚乙二醇按照本申请所限定的用量比例,可以达到与Ampure XP磁珠试剂盒相当,甚至更好的效果。
优选的,Tris-HCl的终浓度为260mmol/L,NaCl的终浓度为1.21mol/L,NaN3的终浓度为0.1%w/v,聚乙二醇的终浓度为26.2%v/v。
优选的,本申请的缓冲液还包括氯化镁、吐温20和十六烷基三甲基溴化铵(缩写为CTAB)。
优选的,氯化镁的终浓度为10mmol/L-0.5mol/L,吐温20的终浓度为质量体积百分比0.1%-5%w/v,十六烷基三甲基溴化铵的终浓度为质量体积百分比1%-8%w/v。
优选的,氯化镁的终浓度为25mmol/L,吐温20的终浓度为质量体积百分比1.5%w/v,十六烷基三甲基溴化铵的终浓度为质量体积百分比2%w/v。
需要说明的是,本申请的关键在于将Tris-HCl、NaCl、NaN3和聚乙二醇组合成磁珠纯化核酸的缓冲液,而氯化镁、吐温20和CTAB的加入是对缓冲液的进一步优化。其中,氯化镁的镁离子对整个缓冲液体系起到一定的稳定作用,吐温20可以帮助磁珠更好的分散在缓冲液中,而CTAB可以提高核酸回收率。可以理解,在要求相对较低的情况下,也可以不添加氯化镁、吐温20和CTAB,但相应的效果会受到影响。
优选的,本申请的缓冲液中还包含磁珠,利用磁珠对核酸进行纯化。
需要说明的是,本申请的缓冲液本身是针对磁珠纯化核酸而研究的,而将磁珠直接加入到缓冲液中,可以直接使用,不必另外添加磁珠,特别是在作成试剂盒或者产品出售时,可以方便使用。
优选的,磁珠在缓冲液中的浓度为30×至100×。
更优选的,磁珠在缓冲液中的浓度为60×。
需要说明的是,其中30×、60×和100×表示,磁珠体积与缓冲液总体积之比,即磁珠体积:缓冲液总体积=1/30、1/60、1/100。
本申请的另一面公开了本申请的缓冲液在磁珠纯化核酸中的应用。
本申请的再一面公开了一种含有本申请的缓冲液的核酸纯化试剂盒。
可以理解,本申请的缓冲液是针对磁珠纯化核酸而设计的,所以其可以用于核酸纯化中,或者用于核酸纯化的试剂盒;至于试剂盒的溶剂形态,例如高浓度溶液或者其它形式,可以根据具体的生产或使用需求而定,在此不做具体限定。
由于采用以上技术方案,本申请的有益效果在于:
本申请的核酸纯化的缓冲液,通过对几种试剂进行组分和配比优化,使得缓冲液可以很好的运用于磁珠纯化核酸,提高了磁珠纯化核酸的质量。基于本申请的缓冲液的试剂盒,完全可以替代昂贵的进口试剂盒,在保障核酸纯化质量的同时,大大的减小了核酸纯化的研究成本。
实施例
一、材料和设备
1.材料
本例所使用的原材料均为可通过市购获得的常规产品,如PEG、5M的NaCl、Tris-HCl、Molecular Grade Water、NaN3、MgCl2和CTAB。
2.设备
工业搅拌器、称量天平、漩涡震荡器、离心机、移液器、量筒、荧光检测仪、酶标仪、生物分析仪、小型离心机、振荡器等。另外还包括一些耗材,如称量纸、试剂勺、搅拌桶、保存管以及广口瓶、枪头、光学EP管、1.5ml EP管、96孔光学板等。这些设备和耗材采用实验室常规使用的设备和耗材即可。
二、缓冲液及磁珠纯化液
本例的核酸纯化的缓冲液,由Tris-HCl、NaCl、NaN3和聚乙二醇组成,本例具体配置了四个缓冲液用以试验。缓冲液即磁珠纯化液的具体配置方法如下:
配制1L缓冲液A:取磁珠110μL,用1mL分子级水洗2次,加入242mL 5M的分子生物级NaCl、130mL 2M的pH 6.5的Tris-HCl、45mL 2%的NaN3,以及83mL分子级水,加入500mL50%的聚乙二醇(缩写PEG)溶液。缓冲液A的成份及各成份的终浓度为:1.21M NaCl、260mMTris-HCl、0.09%w/v NaN3、25%v/v PEG、磁珠,此处磁珠定义为60X。
配制1L缓冲液B:取磁珠110μL,用1mL分子级水洗2次,加入242mL 5M的分子生物级NaCl、130mL 2M的pH 6.5的Tris-HCl、45mL 2%的NaN3,以及63mL分子级水,加入520mL50%的PEG溶液。缓冲液B的成份及各成份的终浓度为:1.21M NaCl、260mM Tris-HCl、0.09%w/v NaN3、26%v/v PEG、磁珠,此处磁珠定义为60X。
配制1L缓冲液C:取磁珠110μL,用1mL分子级水洗2次,加入242mL 5M的分子生物级NaCl、130mL 2M的pH 6.5的Tris-HCl、45mL 2%的NaN3,以及43mL分子级水,加入540mL50%的PEG溶液。缓冲液C的成份及各成份的终浓度为:1.21M NaCl、260mM Tris-HCl、0.09%w/v NaN3、27%v/v PEG、磁珠,此处磁珠定义为60X。
配制1L缓冲液D:取磁珠110μL,用1mL分子级水洗2次,加入242mL 5M的分子生物级NaCl、130mL 2M的pH 6.5的Tris-HCl、45mL 2%的NaN3,以及23mL分子级水,加入560mL50%的PEG溶液。缓冲液D的成份及各成份的终浓度为:1.21M NaCl、130mM Tris-HCl、0.09%w/v NaN3、28%v/v PEG、磁珠,此处磁珠定义为60X。
另外,本例还配置了多种在本例的缓冲液基础上添加其它组份的缓冲液,即分别在缓冲液A、B、C或D的基础上添加不同用量的MgCl2、吐温20或CTAB等,具体如下:
缓冲液E:在缓冲液A的基础上,添加了20ml 1mol/L的MgCl2,分子级水添加量减少20ml,MgCl2添加量终浓度为20mmol/L。
缓冲液F:在缓冲液A的基础上,添加了25ml 1mol/L的MgCl2,分子级水添加量减少25ml,MgCl2添加量终浓度为25mmol/L。
缓冲液G:在缓冲液A的基础上,添加了终浓度1%w/v的吐温20。
缓冲液H:在缓冲液A的基础上,添加了终浓度2%w/v的吐温20。
缓冲液I:在缓冲液A的基础上,添加了终浓度1%w/v的CTAB。
缓冲液J:在缓冲液A的基础上,添加了终浓度2%w/v的CTAB。
缓冲液K:在缓冲液A的基础上,添加了终浓度2%w/v的CTAB,2%w/v的吐温20以及25mmol/L的MgCl2。
缓冲液L:在缓冲液B的基础上,添加了终浓度2%w/v的CTAB,2%w/v的吐温20以及25mmol/L的MgCl2。
缓冲液M:在缓冲液C的基础上,添加了终浓度2%w/v的CTAB,2%w/v的吐温20以及25mmol/L的MgCl2。
缓冲液N:在缓冲液D的基础上,添加了终浓度2%w/v的CTAB,2%w/v的吐温20以及25mmol/L的MgCl2。
所有缓冲液都在十万级的净化间中配制或者在超净工作台中完成。
另外,本例还采用购买的Ampure XP磁珠试剂盒作为对比试验。
三、磁珠纯化核酸试验
本例采用λDNA打断产物作为底物进行纯化试验。λDNA打断产物的具体制备方法为:在96孔板中每孔加入2根打断棒,打断仪器采用美国的COVARISE220型号,利用超声波进行打断,打断参数为Duty Factor 21%;循环数(cycle)14。
取1000ng的λDNA打断产物,约80μL至1.5mL EP管中,本例共设置了十组试验,即四组本例的缓冲液A、缓冲液B、缓冲液C、缓冲液D、缓冲液K、缓冲液L、缓冲液M和缓冲液N以及两组Ampure XP磁珠;分别向十个加了80μL的λDNA打断产物的1.5mL EP管中加入十组磁珠纯化液,各96μL磁珠纯化液,吹打混匀30次,室温静置10-12min,上磁力架5min;取出上清液,在其中加入40μL磁珠,吹打混匀30次,室温静置10-12min,上磁力架5min,弃上清,将磁珠用180μL 75%的乙醇清洗两次,放置至酒精挥发,加入25μL TE进行洗脱,吹打混匀20-30次,静置10-12min,磁力架放置5min,吸取溶液至新的管中,即获得纯化产物,纯化产物进行2100检测。
四、聚乙二醇用量分析
经过大量的试验发现,聚乙二醇对缓冲液的纯化核酸的片段具有影响,为此以缓冲液A为基础,调节聚乙二醇的终浓度分别为25%v/v、26%v/v、27%v/v和28%v/v,其余与缓冲液A相同,采用不同聚乙二醇浓度的缓冲液对相同的核酸片段进行纯化,并通过安捷伦2100生物分析仪验证聚乙二醇在不同添加量下会对核酸片段筛选范围产生的影响。
五、文库构建和测序分析
本次测试方法是通过提取血浆中的游离核酸进行文库制备并利用华大基因Proton测序仪(代号:BGISEQ-100)进行测序并分析评价结果,其中文库制备部分将会使用磁珠纯化试剂盒进行核酸纯化。本次测试目的在于评价核酸纯化缓冲液的性能,在测试中我们使用的磁珠来自于商品Ampure XP磁珠纯化试剂盒(厂家名称:Beckman货号:MAG-PCR-CL-250)中的磁珠,与自主研发的核酸纯化缓冲液N制成测试品,对照纯化试剂为商品化Ampure XP磁珠纯化试剂盒。
提取血浆中的游离核酸采用Magen商品化提取试剂盒,核酸提取的具体操作步骤如下:单个血浆500ul样品中加入300ulMLE裂解液,10ul蛋白酶K与10μL磁珠充分混匀后静置10分钟,置于磁力架上后去除上清液。然后加入500ulMW1液体清洗,去除MW1上清液后加入500ulMW2液体清洗,然后去除MW2上清液。重复一次MW2清洗过程,随后静置10分钟待磁珠干燥无残留液体后拿下磁力架加入40μL洗脱液洗脱,静置5分钟待洗脱液将磁珠表面核酸充分洗脱下来后重新置于磁力架,将洗脱上清液取出得到纯净游离核酸。
提取的游离核酸将作为磁珠测试的实验样品。BGISEQ-100Proton测序仪的DNA文库构建方法分为三步:末端修复,接头连接以及PCR(聚合酶链式扩增反应);在最后的PCR扩增环节后需要使用磁珠进行核酸纯化,去除整个文库构建中产生的干扰杂质,将纯化后得到的纯净核酸进行上机测序。文库制备中使用的试剂盒采用华大基因生产的半导体测序法建库试剂盒(国食药监械(准)字2014第3401128号#胎儿染色体非整倍体(T21、T18、T13)检测试剂盒(半导体测序法)品牌@BGI_MFG/A/规格&20人份/盒),具体文库制备方法如表1所示:
表1文库制备步骤
实验方案:
1、测试平台:BGISEQ-100Proton测序平台
2、实验步骤:血浆游离核酸提取后进行文库制备+上机测序
3、实验采用的样品:
血浆中游离核酸样品:总数12个,6个对照品,6个测试品,样品名称及文库编号见表格2。对照品建库过程中采用的是商业化的Ampure XP试剂盒进行纯化,文库制备过程中的测试品采用的是本发明中的磁珠纯化缓冲液搭配AmpureXP试剂盒中的磁珠组成试剂盒进行纯化。
表2测试样品和对照样品
样品名称 |
文库号 |
对照品/测试品 |
16B0007303-1 |
16L0007303-1 |
对照品 |
16B0007304-2 |
16L0007304-2 |
测试品 |
16B0007305-3 |
16L0007305-3 |
对照品 |
16B0007306-4 |
16L0007306-4 |
测试品 |
16B0007307-5 |
16L0007307-5 |
对照品 |
16B0007308-6 |
16L0007308-6 |
测试品 |
16B0007309-7 |
16L0007309-7 |
对照品 |
16B0007310-8 |
16L0007310-8 |
测试品 |
16B0007311-9 |
16L0007311-9 |
对照品 |
16B0007312-10 |
16L0007312-10 |
测试品 |
16B0007313-11 |
16L0007313-11 |
对照品 |
16B0007314-12 |
16L0007314-12 |
测试品 |
12个样品建库过程中采用不同的标签序列,文库测序时,6个测试样品和6个对照样品分别混合进行测序,混合后的样品文库名称分别为“BGISeq100-6SZpooling测试组”和“BGISeq100-6SZpooling对照组”。
六、结果及分析
1.λDNA打断产物核酸纯化结果
本例的缓冲液A、缓冲液B、缓冲液C和缓冲液D,以及两组Ampure XP磁珠对λDNA打断产物的核酸纯化产物,采用2100生物分析仪检测其片段分布大小,结果显示,本例的缓冲液与Ampure XP,两者核酸纯化产物,在平均片段大小分布上相差甚微,几乎一致,部分结果如图2所示。图2中左图为AmpureXP品牌核酸纯化试剂盒安捷伦2100生物分析仪检测回收核酸平均片段大小,平均片段大小为265bp;右图为本例的缓冲液A的核酸纯化产物的分析结果图,利用安捷伦2100生物分析仪检测回收核酸平均片段大小为254bp;对比结果十分接,可见,两者基本一致。
2.不同聚乙二醇浓度对缓冲液的影响
本例分别采用了聚乙二醇终浓度为25%v/v、26%v/v、27%v/v和28%v/v的缓冲液对λDNA打断产物进行核酸纯化,并采用安捷伦2100生物分析仪对纯化产物的片段大小进行分析,结果如图3-图6所示。图3是聚乙二醇终浓度为25%v/v的缓冲液核酸纯化产物的分析图,图4是聚乙二醇终浓度为26%v/v的缓冲液核酸纯化产物的分析图,图5是聚乙二醇终浓度为27%v/v的缓冲液核酸纯化产物的分析图,图6是聚乙二醇终浓度为28%v/v的缓冲液核酸纯化产物的分析图。结果显示,聚乙二醇添加量越多,平均片段大小分布越靠左边,也就是越小。
3.测序结果及分析
本例对血浆中游离核酸进行文库制备并利用BGISEQ-100Proton测序仪进行测序,其中文库制备部分,分别采用本例的缓冲液N与商品化试剂盒中的磁珠和Ampure XP商品化试剂盒进行核酸纯化。测序结果如表3所示。
表3BGISEQ-100Proton测序分析结果
BGISEQ-100(Proton) |
BGISeq100-6SZpooling对照组 |
BGISeq100-6SZpooling测试组 |
对比值 |
唯一比对率 |
5.17 |
5.42 |
0.25 |
GC含量平均值 |
41.14 |
40.85 |
-0.29 |
原始数据积累平均值 |
6.88 |
7.33 |
0.45 |
注:BGISeq100-6SZpooling对照组,即对照组六个样品文库混合测序;
BGISeq100-6SZpooling测试组,即测试组六个样品文库混合测序。
根据以上测序结果来看,表3中的唯一比对率与原始数据积累平均值越高越好,GC含量平均值对照组与测试组均符合标准。经测试结果分析,本例自主研发的,采用了本例的核酸纯化缓冲液的核酸纯化试剂盒,对比进口商品化试剂盒性能相差无异,基于市面上现有的最佳原料羧基磁珠并搭载本例自主研发的核酸纯化的缓冲液,在核酸纯化效率上基本达到最大化,能够有效的替代进口的磁珠纯化试剂盒。
以上内容是结合具体的实施方式对本申请所作的进一步详细说明,不能认定本申请的具体实施只局限于这些说明。对于本申请所属技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本申请构思的前提下,还可以做出若干简单推演或替换,都应当视为属于本申请的保护范围。